JP2022517870A - カップ内の光抽出ブリッジ - Google Patents

Abstract

発光デバイスは、カップの第１領域からカップの第２領域まで延在している壁を有するカップを含み得る。壁は、反射材料から形成されるか、または、反射材料で被覆されている。発光デバイスは、光を空気中へ方向付けるために、壁の少なくとも一部の外径を越えて延在する光抽出ブリッジを含み得る。光は、壁および光抽出ブリッジから反射されて、LEDダイから放射された光の少なくとも一部がカップから出て行くように、カップの第２領域に取付けられたLEDダイによって生成され得る。

Description

発光ダイオード（LED）ダイは、LEDの電極をPCB上の導電性トレースに対して電気的に接続するために、プリント回路基板(PCB、)または他の基板上に取付けられ得る。成形（molded）された反射器カップが、PCBに固定されてよく、LEDダイを取り囲んでいる。LEDダイをカプセル化（encapsulate）するためにカップは、キュア（cured）され得る。カップは、LEDダイの側面発光を制限し、かつ、ほぼ前方に向けることができる。LEDダイパッケージという用語は、PCB、カップ、および、封止材（encapsulant）の組み合わせを参照し得る。場合によっては、光抽出を改善するために、その封止剤または別の封止剤を含んでいる半球レンズがLEDダイの上に固定される。

この出願は、2019年3月11日に出願された米国特許出願第62/816,541号および2019年4月4日に出願された欧州特許出願第１9167369.8号について優先権の利益を主張するものであり、それぞれが、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。

発光デバイスは、カップの第１領域からカップの第２領域まで延びる壁を有するカップを含み得る。壁は、反射材料から形成されるか、または被覆（coated）される。発光デバイスは、光を空気の中へ方向付けるために、少なくとも壁の一部分の外径を越えて延在する光抽出ブリッジを含み得る。光は、LEDダイから放射された光の少なくとも一部が、壁および光抽出ブリッジから反射されてきて、カップを出るように、カップの第２領域に取付けられたLEDダイによって生成され得る。

図1Aは、反射カップパッケージの図である。 図1Bは、標準的なカップキャビティを示す図である。 図1Cは、光抽出ブリッジを有するカップキャビティを示す図である。 図1Dは、曲率を伴う光抽出ブリッジを有するカップを示す図である。 図1Eは、追加的な曲率を伴う光抽出ブリッジを有するカップの図である。 図1Fは、曲率を伴う光抽出ブリッジを有する放物線状カップの図である。 図1Gは、曲率なしの光抽出ブリッジを有する放物線状カップの図である線状 図1Hは、光抽出ブリッジを有する複数のカップの図である。 図1Iは、キャビティを伴うカップを示す図である。 図1Jは、キャビティの無いカップを示す図である。 図1Kは、ワイヤボンドを伴う反射カップパッケージを示す図である。 図1Lは、光抽出ブリッジから大気中へ光子を放射するための例示的な方法を示すフローチャートである。 図2Aは、発光ダイオード(LED)デバイスを示す図である。 図2Bは、二次光学系を伴うLEDシステムを示す図である。 図3は、一つの実施形態に従った、統合LED照明システムのための電子回路基板の上面図である。 図4Aは、一つの実施形態におけるLEDデバイス取付け領域において基板に取付けられたLEDアレイを伴う電子回路基板の上面図である。 図4Bは、回路基板の２つの表面上に電子部品が取付けられた2チャンネル統合LED照明システムの一つの実施形態に係る図である。 図5は、一つの例示的な適用システムを示す図である。

異なる光照明システム及び／又は発光ダイオードの実施例が、添付の図面を参照して、以下で、さらに詳細に説明される。これらの実施例は、相互に排他的ではなく、１つの実施例において見出される特徴は、追加的な実装を達成するために、１つ以上の他の実施例において見出される特徴と組み合わされ得る。従って、添付の図面に示された実施例は、例示目的のためだけに提供されており、それらは、本開示を決して限定するように意図されたものではないことが理解されるだろう。同じ参照符号は、全体を通して同じ要素を参照するものである。

ここにおいては、種々の要素を記述するために第１、第２、第３、等の用語が使用され得るが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるだろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するために使用され得る。例えば、第１要素は第２要素と称されてよく、そして、第２要素が本発明の範囲から逸脱することなく第１要素と称されてよい。ここにおいて使用されるように、用語「及び／又は（“and/or”）」は、関連するリストされたアイテムの１つ以上のうち任意および全ての組み合わせを含み得る。

層、領域、または基板といった要素が、他の要素の「上（“on”）オン」にある、または、「上へ（“onto”）」延在しているものとして参照されている場合に、それは、他の要素の直接的に上に存在するか、または、直接的に上へ延在しているか、もしくは、介在要素が存在してもよいことが理解されるだろう。対照的に、要素が、他の要素の「直接的に上（“directly on”）」にある、または、「直接的に上へ（“directly onto”）」延在しているものとして参照されている場合には、介在要素が存在し得ないことが理解されるだろう。また、要素が、他の要素「接続されている（“connected”）」または「結合されている（“coupled”）」ものとして参照されている場合に、それは、他の要素に直接的に接続され、または、直接的に結合され、かつ／あるいは、１つ以上の介在要素を介して他の要素に接続または結合されてよいことも理解されるだろう。対照的に、要素が「直接的に接続されている（“directly connected”）」または「直接的に結合されている（“directly coupled”）」ものとして参照されている場合、要素と他の要素との間に介在要素が存在しないことが理解されるだろう。これらの用語は、図に示される任意の方向に加えて、要素の異なる方向を包含するように意図されていることが理解されるだろう。

「下（“below”）」、「上（“above”）」、「上方（“upper”）」、「下方（“lower”）」、「水平（“horizontal”）」、または「垂直（“vertical”）」といった相対的な用語は、ここにおいては、図示されるように、１つの要素、層、または領域の別の要素、層、または領域に対する関係を説明するために使用され得る。これらの用語は、図に示される方向に加えて、装置の異なる方向を包含するように意図されていることが理解されるだろう。

半導体発光デバイス、もしくは、紫外線（UV）または赤外線（IR）の光パワーを放射するデバイスといった、光パワー放射デバイスは、現在利用可能な光源の中で最も効率的なものである。これらのデバイスは、発光ダイオード、共振キャビティ発光ダイオード、垂直キャビティレーザダイオード、エッジ発光レーザ、等(以下、「LED」として参照される)を含み得る。例えば、LEDは、そのコンパクトなサイズおよびより低い電力要求のおかげで、多くの異なるアプリケーションについて魅力的な候補となり得る。例えば、それらは、カメラおよび携帯電話といった、ハンドヘルドのバッテリ駆動デバイスのための光源(例えば、フラッシュライトおよびカメラフラッシュ)として使用され得る。それらは、また、例えば、自動車照明、ヘッドアップディスプレイ（HUD）照明、園芸照明、街路照明、ビデオ照明（torch for video）、一般照明（例えば、自宅、店舗、オフィス、およびスタジオの照明、劇場／ステージ照明、および建築照明）、拡張現実（AR）照明、仮想現実（VR）照明、ディスプレイのバックライトとして、およびIR分光（spectroscopy）にも使用され得る。単一のLEDは、白熱光源よりも明るくない光を提供してよく、そして、従って、より明るくすることが望まれ、または必要とされるアプリケーションについては、LEDのマルチ接合デバイスまたはアレイ(モノリシックLEDアレイ、マイクロLEDアレイ、等といったもの)が使用され得る。

図1Aは、反射カップパッケージ100Aの図である。パッケージ100Aのリード102および104を形成するために、銅製リードフレーム（lead frame）が1枚または複数枚のシートから打ち抜かれる（stamped）。リード102および104がLEDダイ106の電極108および110に接合されるべき領域は、ボンディングパッド112および114を形成するために、金または別の合金といった、適切な金属を用いてメッキされ得る。ダイ電極108、110への接合を可能にするために、必要に応じて、金ボール（gold ball）、半田濡れ（solder wetting）、または他の技術が使用され得る。電気的接続に使用されるリードフレームの任意の部分は、接続が、半田、超音波溶接、ワイヤボンド、導電性エポキシ、等によるものであるかにかかわらず、ここにおいては、ボンディングパッドまたは電極として参照される。

リードフレームの上には、プラスチックカップ116といった成形カップ（molded cup）が存在する。成形カップは、プラスチック、その他の材料、及び／又は、ここにおいてでさらに説明されるようなプラスチックと金属とのブレンドであってよいことが理解るだろう。カップ116を成形するために圧縮成形または射出成形が使用され得る。好ましくは、プラスチックは熱伝導性（thermally conductive）である。プラスチックが、また、例えば、(その熱伝導性を増加させるために)金属粒子を含有しているせいで、導電性でもある場合、プラスチックと接触するリードフレームの部分は、成形工程の前にその上に形成された誘電体コーティング（別途図示されていない）を有している。

カップ116は、開口方向に関して、LED106の上部発光面の平面に対して垂直な放物線を全体的に形成し、LED106の上部発光面の平面に対して平行な円形断面を有する。カップ116の開口部から離れて対向しているカップの面(例えば、カップのベース)は、ほぼ平坦な表面である。形状は、また、複合放物線型集光器（compound parabolic concentrator）であってもよい。一つの実施形態において、カップ116の放物線部分は、約5mmの深さであり、その上部開口は、直径が約6－7mmであり、そして、LEDダイ106の底面平坦領域は、直径が約1－2mmである。カップ116は、その底面からその上端に向かって上方に傾斜し、全てのLEDダイの光を全体的に上方へ反射する。カップが深いほどビームが狭くなるので、ビームの形状は、レンズではなくカップの形状によって決定され得る。一つの実施形態では、レンズが使用されていない。

カップ116は、カップ116の表面に入射する光が複数の方向に散乱するように、反射散乱体（reflective scatter）で構成され得る。代替的または追加的に、カップ116の内面は、スパッタリング、蒸着、スプレー、または他のプロセスによって、銀またはアルミニウムのフィルムといった反射材料118で被覆されてよい。材料、及び／又は、反射材料118に基づく反射は、最も狭いビームに対して鏡面的（specular）であってよく、または、より広いビームに対して（白色ペイントを使用することによる、といった）拡散的（diffusive）であってよい。ボンディングパッド112、114が反射材料118によってショートまたは被覆されないことを保証するために、マスキングプロセスが使用されてよい。代替的に、反射材料が、ボンディングパッド112、114から除去され、そして、次いで、金または他の任意の適切な材料を用いてメッキされてよい。

フリップチップLEDダイ106の底部電極108、110は、リード102および104の端部に形成されているボンディングパッド112、114に接合される。ボンディングは、超音波溶接、半田、半田ペースト、導電性エポキシ、または他の手段によるものであってよい。LEDダイは、典型的には正方形であり、そして、一辺当たり0.5－1mmのオーダーである。リード102および104は、電源に接続するためのアノードおよびカソードのリードを形成している。

アプリケーションに応じて、リード102および104の外端は、LEDダイ106に電力を供給するために、プリント回路基板（PCB）または他の基板上の金属パッドに半田付けされてよい。LEDダイ106から放射される光線120は、カップ116の壁から順方向（forward direction）に反射するように示されている。LEDダイ106の側壁からの光線は、同様に、カップ116によって上方に反射される。カップ116は、カップの側面に対する所定の傾斜または曲率によって記述され得る。

カップ116は、多数の吸収要素（absorbing elements）を含んでよい。吸収要素は、これらに限定されるものではないが、半田、例えば、ダイ電極108、110、他のワイヤボンド、例えば、PCBおよび、もちろん、ダイ自体106を含むサブマウントのボンディングに使用されるもの、を含み得る。これらは、カップ116のキャビティの中に置かれ、そして、いくらかの反射光線を吸収し得る。一つの例示的な吸収要素が、図1Bの吸収面（absorbing surface）122によって示されている。

LEDダイのためのフリップチップ構成は、ここにおいて１つ以上の図(例えば、図1A)に示されているが、LEDダイのための１つ以上の他の構成が、ここにおいて開示される技術的事項（subject matter）に従って使用され得ることが留意されるべきである。非限定的な例として、図1Mは、反射カップパッケージ100Aと同様であるが、ダイ106bをボンディングパッド112及び／又は114に接続しているワイヤボンド115を有するAlInGaPダイ106bを含む、反射カップパッケージ100Mを示している。LEDダイの他の構成も、また、ここにおいて開示される技術的事項に適用可能である。

図1Bは、カップ116の図100Bであり、LEDダイ106から光が放射されると、光がカップ116内で周りに散乱し、そして、空気中へ脱出（escape）する前に、カップ116のキャビティ124内の多くの吸収面122またはLEDダイ106に当たる（hit）ことを示している。これらの表面122それぞれが光を吸収するので、脱出する光が少なくなり、それによって、輝度が低下し、かつ／あるいは、効率が低下し得る。図1Bにおいて、カップ壁126は、反射面118で被覆されているが、光線120のいくつかの反射は、なおも、カップ116のベース128に向かって反射されている。いくつかの反射は、空気境界130(または、任意の他の材料境界)に到達する光線120から生じ得る。これらの反射は、部分的には、反射コーティング118、および空気130、または他の上記の材料を含む、カップ116のキャビティ124内の材料の異なる材料特性に起因し得る。

図1Cは、キャビティ124および光抽出ブリッジ140を有するカップ116を示す図100Cである。カップ116の上部150では、光線を上の空気中へ上方に方向付けるのを助けるために、光抽出ブリッジが形成されている。カップの中に形成された光抽出ブリッジにより、光線120は、光抽出ブリッジ140に進入し、そして、空気中へ脱出する前に、光抽出ブリッジ140の反射面142、144の間で、内部的に、すなわち、全内部反射(TIR)現象を介して、反射され得る。光抽出ブリッジ140は、光子（photon）が、吸収面122、例えば、半田、ワイヤボンド、サブマウント、およびダイに到達しないようにする。図1Cに示されるように、光抽出ブリッジ140は、２つの要素、水平要素146および垂直要素148から構成されている。光抽出ブリッジ140は、カップ116の上部150に形成される。

光抽出ブリッジ140は、標準的なカップの頂部に重ね合わせることができる追加的な浅く、広いカップ形状を加えている。同様に、光抽出ブリッジ140は、カップの上に、中に、または、カップのコンポーネントとして形成され得る。これらの浅く、広いカップ形状のいくつかが、標準カップの頂部に重ねられてよい。反射フィルムは、LEDダイの発光に対して調整された2色性（dichroic）コーティングであってよい。マスキングプロセスは、電極が、反射材料118または代替的な2色性コーティングで被膜されないことを確実にするために使用され得る。

図1Dは、放物線形状であり得る湾曲部152を伴う光反射ブリッジ140を有するカップ116を示す図100Dである。図1Dに示されるように、光抽出ブリッジ140は、反射材料154で被覆された湾曲部152から形成されている。湾曲部152は、上部150において壁126の上に配置され得る。光抽出ブリッジ140は、表面122またはLEDダイ106によって吸収されることなく、光線120がカップ116を出て行くための手段を備えることができる。光抽出ブリッジ140は、カップ壁126の上に位置するカップ116の上部150で形成されている。

図1Eは、複数の曲率156、158を伴う光抽出ブリッジ140を有するカップ116の図100Eである。図1Eに示されるように、光抽出ブリッジ140は、反射材料160、162を用いて被覆された複数の湾曲部156、158で形成されている。反射材料160、162は、単一の反射材料から構成されてよく、または、２つ以上の異なる材料から構成されてもよい。湾曲部152は、表面122またはLEDダイ106によって吸収されることなく、光線120がカップ116を出て行くための手段を備えることができる。光線120は、湾曲部156、158の両方の反射材料160、162によって、または、２つのうち１つだけよって反射されてよい。光抽出ブリッジ140は、壁126の上のカップ116の上部150に形成されているように示されている。キャビティ124は、材料で充填されても、されなくてもよい。

図1Fは、曲率を伴う光抽出ブリッジを有する放物線状カップ116の図100Fである。図1Fに示されるように、光抽出ブリッジ140は、図1Dと同様に反射材料154で被覆された湾曲部152から形成されている。しかしながら、図1Dとは異なり、カップ116の底部は、湾曲した内部チャネル164であってよく、そして、図1Aと同様な放物線形状を形成してよい。光抽出ブリッジ140は、壁126の上のカップ116の上部150に形成されている。図1Fの光抽出ブリッジ140は、他の図におけるよりもわずかに狭く示されている。光抽出ブリッジ140は、必要に応じて、より狭く、または、より長くすることができる。図1Fのカップ116は、図1Aに関してより詳細に示されるように、放物線を形成するように作られ得る湾曲した内部セクション164を含んでいる。湾曲した内部チャネル164は、同様に他の形態をとることもできる。

図1Gは、曲率なしの光抽出ブリッジ140を有する放物線状カップ116の図100Gである。図1Gに示されるように、光抽出ブリッジ140は、壁126の上のカップ116の上部150に形成され得る。カップ116の底部は、光線代替的な伝搬を可能にするために、壁126の内側で湾曲した内部チャネル164であり得る。壁126のこの曲率は、上部150でより多くの光線が空気及び／又は光抽出ブリッジ140に到達するのを助けることができる。

図1Hは、各々が光抽出ブリッジ140を有する複数のカップ166、168、170の断面図100Hである。カップ166、168、170それぞれは、一緒に形成され、そして、次いで、図示のように、破線に沿って個々に切断され得る。複数のカップ166、168、170それぞれを切断することにより、それらを個々のパッケージへ分離することができる。カップ166、168、170それぞれは、LEDダイ106、並びに、他の吸収面(図示せず)を有する。

図1Iは、光抽出ブリッジ117を有するカップ116の上面図100Iである。光抽出ブリッジ特徴（feature）を有することは、以下に説明されるようにワイヤボンディングされ得る、図1Jと比較して示されるように、LEDダイ106によって放射されるカップ116からの光出力180aを明らかに増加させる。

図1Jは、光抽出ブリッジ特徴の無いカップを示す図100Jである。図1Jにおいて、光出力180bは、図1Iと比較して、より低い(図示のように、より狭い)。光出力180bは、ワイヤボンディングされ得るLEDダイ106によって生成される。

シミュレーション結果は、光抽出ブリッジを用いて3%より良好なゲインを示した。シミュレーションおよび実験は、この特徴が、光抽出を>3%(例えば、3.5%ゲイン)増加することができることを示した。例えば、所与のダイに対して、光抽出ブリッジを伴わない光損失の量は-2.1%であり、一方で、光抽出ブリッジを追加することによって達成されるゲインは3.45%である。

図1Lは、光抽出ブリッジから大気中へ光子を放射するための例示的な方法を示すフローチャート100Lである。本方法は、カップの第１領域からカップの第２領域まで延在している壁を有するカップ内の発光ダイオード（LED）によって光子を放射することを含み得るL02。放射された光子のいくつかは、大気中に方向付けされ得るL04。放射された光子は、壁の上に被覆された反射面に対して方向付けされるL06。再び、放射された光子のいくつかは、大気中に方向付けされ、放射され得るL08。本方法は、さらに、光子の一部を、反射面から、カップの第１領域の壁の少なくとも一部の外径を越えて延在する光抽出ブリッジの中へ反射することを含み得るL10。次いで、光抽出ブリッジからの光子は、空気中へ反射され得るL12。

カップ及び／又は光抽出ブリッジの形状といった、１つ以上の形状が図1A－1Kに記載され、かつ／あるいは、示されているが、ここにおいて開示されている技術的事項の下では、他の形状が適用可能であり得ることが理解されるだろう。形状は、角度、デザイン、構成、サイズ、曲率、及び／又は、他の任意の適用可能な属性において異なってよい。

ここにおいて説明される実施形態は、カップを成形するためのカップモールドを使用して実施されてよい。ここにおいて説明される実施形態は、カップ形状を使用する任意の他の設計または実施形態に対して適用され得る。光抽出ブリッジは、また、ギャップとも呼ばれる。光抽出ブリッジは、図面において、カップの外壁の両側にあるように示されている。しかしながら、いくつかの実施形態において、光抽出ブリッジは、カップの一部分にだけ形成されてよい、すなわち、カップの一方の側だけ、かつ／あるいは、カップを完全には囲んでいない。

図2Aは、一つの例示的な実施形態におけるLEDデバイス200の図である。LEDデバイス200は、基板202、活性層204、波長変換層206、および、一次光学系（primary optics）208を含み得る。他の実施形態において、LEDデバイスは、波長変換層及び／又は一次光学系を含まなくてよい。例えば、図1Aの反射カップパッケージ100Aは、波長変換層及び／又は一次光学系なしで実装されてよく、その結果、反射カップパッケージ100Aはダイレクトエミッタ（direct emitter）である。装置200は、図1A－Jに提示されるように、カップを使用して実施されてよく、そして、図1Lに開示されるように操作され得る。

2Aに示されるように、活性層204は、基板202に隣接してよく、そして、励起されると光を放射する。基板202および活性層204を形成するために使用される好適な材料は、サファイア、SiC、GaN、シリコーンを含む。そして、より具体的には、限定されるわけではないが、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSbを含んでいるIII－V族半導体、限定されるわけではないが、ZnS、ZnSe、CdSe、CdTeを含んでいるII－VI半導体、限定されるわけではないが、Ge、Si、SiCを含んでいるIV族半導体、および、それらの混合物または合金から形成されてよい。

波長変換層206は、活性層204から離れて、近接して、または、直接的に上に存在してよい。活性層204は、波長変換層206の中へ光を放射する。波長変換層206は、活性層204によって放射された光の波長をさらに修正するように作用する。波長変換層を含むLEDデバイスは、しばしば、蛍光体変換LED(phosphor converted LEDs、「PCLED」)として参照される。波長変換層206は、例えば、透明または半透明のバインダ（binder）またはマトリクス（matrix）における蛍光体粒子、または、セラミック蛍光体要素といった、任意の発光材料を含んでよく、これらは、１つの波長の光を吸収し、そして、異なる波長の光を放射する。

一次光学系208は、LEDデバイス200の上または１つ以上の層の上に存在してよく、そして、光が、活性層204及び／又は波長変換層206から一次光学系208を介して通過することを可能にし得る。一次光学系208は、１つ以上の層を保護し、かつ、少なくとも部分的に、LEDデバイス200の出力を形成するように構成されたレンズまたはカプセル（encapsulate）であり得る。一次光学系208は、透明及び／又は半透明材料を含み得る。例示的な実施形態において、一次光学系を介する光は、ランバート分布（Lambertian distribution）パターンに基づいて放射されてよい。一次光学系208の１つ以上の特性は、ランバート分布パターンとは異なる光分布パターンを生成するように修正され得ることが理解されよう。ここにおいて開示されるように、一次光学系208は、ここにおいて開示される１つ以上の実施形態に含まれてなくてもよい。

図2Bは、一つの実施形態において、ピクセル201A、201B、および201C、並びに、二次光学系212を伴うLEDアレイ210を含む、照明システム220の断面図を示す。LEDアレイ210は、ピクセル201A、201B、および201Cを含み、各々が、それぞれの波長変換層206B、活性層204B、および基板202Bを含んでいる。LEDアレイ210は、ウェハーレベル処理技術を用いて製造されたモノリシックLEDアレイ、500ミクロン未満の寸法を有するマイクロLED、などであってよい。LEDアレイ210内のピクセル201A、201B、および201Cは、アレイセグメンテーションを使用して、または、代替的に、ピックアンドプレース技術を使用して形成され得る。ピクセル201A、201B、及び／又は、201Cは、図1A－Jに提示されるように、カップを使用して実施されてよく、そして、図1Lに開示されるように操作され得る。

LEDデバイス200Bの１つ以上のピクセル201A、201B、および201Cの間に示されるスペース203は、空隙を含んでよく、または、コンタクト(例えば、nコンタクト（n-contact）)であり得る金属材料といった材料によって充填されてよい。

二次光学系212は、レンズ209および導波路（waveguide）207の一方または両方を含んでよい。二次光学系は、図示された実施例に従って説明されているが、例示的な実施形態においては、入射光を拡散するため(発散光学系)、または、入射光を視準されたビーム（collimated beam）へと集めるため(視準光学系)に、二次光学系212が使用され得ることが理解されよう。例示的な実施形態において、導波路207は、集光器（concentrator）であってよく、そして、放物線形状、円錐形状、斜面形状、等といった光を集光するための任意の適用可能な形状を有してよい。導波路207は、誘電体材料、メタライゼーション（metallization）層、または、入射光を反射またはリダイレクト（redirect）するために使用される類似物を用いて被覆され得る。代替的な実施形態において、照明システムは、波長変換層206B、一次光学系208B、導波路207、および、レンズ209のうち、１つ以上を含まなくてもよい。

レンズ209は、これらに限定されるわけではないが、SiC、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、等、または、それらの組み合わせといった、任意の適用可能な透明材料から形成され得る。レンズ209は、レンズ209からの出力ビームが所望の測光（photometric）仕様を効率的に満たすように、レンズ209へと入力される光ビームを修正するために、使用され得る。加えて、レンズ209は、LEDアレイ210のp 201A、201B、及び／又は201Cの点灯（lit）及び／又は非点灯（unlit）の外観を決定することによって、１つ以上の美的目的を果たすことができる。

図3は、一つの実施形態に従った、統合LED照明システムのための電子回路基板310の上面図である。代替的な実施形態においては、LED照明システムのために２つ以上の電子回路基板が使用され得る。例えば、LEDアレイは、別個の電子回路基板上にあってよく、または、センサモジュールは、別個の電子回路基板上にあってもよい。図示の例において、電子回路基板310は、電力モジュール312、センサモジュール314、接続性及び制御モジュール316、および、LEDアレイを基板320に取付けるためにリザーブされたLED取付け領域318を含んでいる。

基板320は、トラック、トレース、パッド、ビア、及び／又は、ワイヤといった導電性コネクタを使用して、電気部品、電子部品、及び／又は、電子モジュールを機械的に支持し、そして、電気的に結合することができる任意のボードであり得る。電力モジュール312は、電気及び／又は電子素子を含み得る。一つの実施形態において、電力モジュール312は、AC/DC変換回路、DC/DC変換回路、調光回路、およびLEDドライバ回路を含んでいる。

センサモジュール314は、LEDアレイが実装されるアプリケーションのために必要なセンサを含み得る。

接続性及び制御モジュール316は、システムマイクロコントローラ、および、外部装置から制御入力を受け取るように構成された任意のタイプの有線または無線モジュールを含み得る。

ここにおいてで使用されるモジュールという用語は、１つ以上の電子回路基板310に半田付けされ得る個々の回路基板上に配置される電気及び／又は電子部品を参照し得る。しかしながら、モジュールという用語は、また、同様の機能を提供するが、同一の領域または異なる領域内の１つ以上の回路基板に個別に半田付けされ得る、電気及び／又は電子部品も参照し得る。

図4Aは、一つの実施形態におけるLEDデバイス取付け領域318において基板320に取付けられたLEDアレイを伴う電子回路基板の上面図である。電子回路基板310は、LEDアレイ410と共に、LEDシステム400Aを表している。加えて、電力モジュール312は、Vin497で電圧入力を受け取り、そして、接続性及び制御モジュール316からの制御信号をトレース418B上で受け取り、そして、トレース418A上でLEDアレイ410に駆動信号を提供する。LEDアレイ410は、電力モジュール312からの駆動信号を介してターンオンおよびオフされる。図4Aに示す実施形態において、接続性及び制御モジュール316は、トレース418Cを介してセンサモジュール314からセンサ信号を受信する。

図4Bは、回路基板499の２つの表面上に電子部品が取付けられた2チャンネル統合LED照明システムの一つの実施形態を示している。図4Bに示されるように、LED照明システム400Bは、調光信号（dimmer signal）およびAC電力信号を受信するための入力、および、その上に取付けられたAC/DCコンバータ回路412を有する第１表面445Aを含む。LEDシステム400Bは、調光インターフェイス回路415、DC-DCコンバータ回路440Aおよび440B、マイクロコントローラ472を有する接続性及び制御モジュール416(この例では無線モジュール)、および、その上に取付けられたLEDアレイ410を有する第２表面445Bを含む。LEDアレイ410は、２つの独立した単一チャネル411Aおよび411Bによって駆動される。代替的な実施形態においては、単一チャネルを使用して、LEDアレイに駆動信号を提供することができ、または、任意の数の複数チャネルを使用して、LEDアレイに駆動信号を提供することができる。

LEDアレイ410は、２つのグループのLEDデバイスを含み得る。例示的な実施形態において、グループAのLEDデバイスは第１のチャネル411Aに電気的に結合され、そして、グループBのLEDデバイスは第２の単一チャネル411Bに電気的に結合されている。２つのDC-DCコンバータ440Aおよび440Bそれぞれは、LEDアレイ410内のLED AおよびBそれぞれのグループを駆動するために、それぞれ単一のチャネル411Aおよび411Bを介して、それぞれの駆動電流を提供することができる。LED群（group of LEDs）の１つのLEDは、第２のLED群のLEDとは異なる色点（color point）を有する光を放射するように構成され得る。LEDアレイ410によって放射される光の合成色点の制御は、個々のDC/DCコンバータ回路440Aおよび440Bによってそれぞれ単一のチャネル411Aおよび411Bを介して加えられる電流及び／又はデューティサイクルを制御することによって、ある範囲内で調整され得る。図4Bに示される実施形態は、(図3および図4Aに記載されるように)センサモジュールを含まないが、代替的な実施形態は、センサモジュールを含んでよい。

図示されたLED照明システム400Bは、LEDアレイ410およびLEDアレイ410を動作させるための回路が単一の電子回路基板上に設けられた統合システムである。回路基板499の同じ表面上のモジュール間の接続は、例えば、電圧、電流、および、モジュール間の制御信号を交換するために、トレース431、432、433、434、および435、または、メタライゼーション(図示せず)といった、表面または表面下の相互接続によって、電気的に結合され得る。回路基板499の対向する表面上のモジュール間の接続は、ビアおよびメタライゼーション(図示せず)といった、基板相互接続によって電気的に結合され得る。

実施形態に従って、LEDアレイは、駆動回路および制御回路とは別の電子回路基板上にあるLEDシステムに提供され得る。他の実施形態に従って、LEDシステムは、駆動回路とは別の電子回路基板上の電子機器の一部と共にLEDアレイを有し得る。例えば、LEDシステムは、電力変換モジュール、および、LEDアレイとは別の電子回路基板上に配置されたLEDモジュールを含み得る。

実施形態に従って、LEDシステムは、マルチチャネルLEDドライバ回路を含み得る。例えば、LEDモジュールは、埋め込まれたLED較正および設定データ、および、例えば、３つのLED群を含み得る。当業者であれは、任意の数のLED群が１つ以上のアプリケーションと一貫して使用され得ることを認識するだろう。それぞれの群における個々のLEDは、直列または並列に配置され、そして、異なる色点を有する光が提供され得る。例えば、暖白色光が第１のLED群によって提供され、冷白色光が第２のLED群によって提供され、ニュートラル白色光が第３の群によって提供され得る。

図5は、アプリケーションプラットフォーム560、LEDシステム552および556、並びに、二次光学系（secondary optics）554および558を含む、例示的なシステム550を示している。LEDシステム552は、矢印561aと561bとの間に示される光ビーム561を生成する。LEDシステム556は、矢印562aと562bとの間に光ビーム562を生成し得る。図5に示す実施形態において、LEDシステム552から放射された光は、二次光学系554を通過し、LEDシステム556から放射された光は、二次光学系558を通過する。代替的な実施形態において、光ビーム561および562は、あらゆる二次光学系を通過しない。二次光学系は、１つ以上の光ガイドであってよく、または、１つ以上の光ガイドを含んでよい。１つ以上の光ガイドは、エッジライトであってよく、または、光ガイドの内部エッジを画定する内部開口（interior opening）を有してよい。LEDシステム552及び／又は556は、１つ以上の光ガイドの内部エッジ(内部開口光ガイド)または外部エッジ(エッジ点灯光ガイド)に光を注入するように、１つ以上の光ガイドの内部開口に挿入されてよい。LEDシステム552及び／又は556のLEDは、光ガイドの一部であるベースの周囲に配置されてよい。実施形態に従って、ベースは熱伝導性であってよい。実施形態に従って、ベースは、光ガイド上に配置された熱放散（heat-dissipating）要素に結合され得る。熱放散要素は、熱伝導性ベースを介して、LEDによって生成された熱を受け取り、そして、受け取った熱を放散するように構成され得る。１つ以上の光ガイドは、LEDシステム552および556によって放射される光を、例えば、勾配（gradient）、面取り分布（chamfered distribution）、狭い分布、広い分布、角度分布、などを用いて所望の方法で成形することを可能にする。

例示的な実施形態において、システム550は、カメラフラッシュシステムの携帯電話、インドアの住居または商業照明、街路照明といった屋外照明、自動車、医療装置、AR/VR装置、およびロボット装置であり得る。図3に示される集積LED照明システム、図4Aに示されるLEDシステム400Aは、例示的な実施形態におけるLEDシステム552および556を示している。

例示的な実施形態において、システム550は、カメラフラッシュシステムの携帯電話、インドアの住居または商業照明、街路照明といった屋外照明、自動車、医療装置、AR/VR装置、およびロボット装置であり得る。図4Aに示されるLEDシステム400A、および、図4Bに示されるLEDシステム400Bは、例示的な実施形態におけるLEDシステム552および556を示している。

アプリケーションプラットフォーム560は、ここにおいて説明されるように、ライン565または他の適用可能な入力を介して、電力バスを介してLEDシステム552及び／又は556に電力を供給することができる。さらに、アプリケーションプラットフォーム560は、LEDシステム552およびLEDシステム556の動作のために、ライン565を介して入力信号を提供することができ、この入力は、ユーザの入力／好み（preference）、検知された読み（reading）、予めプログラムされ又は自律的に決定された出力、などに基づいてよい。１つ以上のセンサは、アプリケーションプラットフォーム560のハウジングの内部または外部にあってよい。

様々な実施形態において、アプリケーションプラットフォーム560センサ、及び／又は、LEDシステム552及び／又は556センサは、視覚データ(例えば、LIDARデータ、IRデータ、カメラを介して収集されたデータ、等)、音声データ、距離ベースのデータ、移動データ、環境データなど、または、それらの組み合わせ、といったデータを収集することができる。データは、オブジェクト、個人、車両、等といった物理的アイテムまたはエンティティと関連し得る。例えば、検出装置は、ADAS/AVベースのアプリケーションのためのオブジェクト近接データを収集することができ、これは、物理的なアイテムまたはエンティティの検出に基づいて検出および後続する動作を優先することができる。データは、例えば、IR信号といったLEDシステム552及び／又は556によって光信号を放射し、放射された光信号に基づいてデータを収集することに基づいて収集されてよい。データは、データ収集のために光信号を放射するコンポーネントとは異なるコンポーネントによって収集されてよい。実施例を続けると、検知装置は、自動車上に配置されてよく、そして、垂直共振器表面発光レーザ（VCSEL）を使用してビームを放射することができる。１つ以上のセンサは、放射されたビーム又はあらゆる他の適用可能な入力に対する応答を感知することができる。

例示的な実施形態において、アプリケーションプラットフォーム560は、自動車を表し、そして、LEDシステム552およびLEDシステム556は、自動車ヘッドライトを表してよい。様々な実施形態において、システム550は、LEDが選択的に活性化されて操作可能な光を提供し得る、操作可能な光ビームを有する自動車を表すことができる。例えば、LEDのアレイは、形状またはパターンを画定または投影し、または、道路の選択された部分のみを照明するために使用され得る。例示的な実施形態において、LEDシステム552及び／又は556内の赤外線カメラまたは検出器ピクセルは、照明を必要とするシーンの部分(道路、横断歩道、等)を識別するセンサであり得る。

実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本発明の概念の範囲から逸脱することなく、ここにおいて説明された実施形態に修正を加えることができることを理解するだろう。従って、本発明の範囲は、図示および説明された特定の実施形態に限定されるように意図されるものではない。

Claims (20)

1. 発光デバイスであって、
   壁を有するカップであり、
   前記壁は、前記カップの第１領域から前記カップの第２領域まで延在しており、
   前記壁は、反射材料から形成されるか、または、反射材料で被覆されており、
   前記カップは、ベースを含む、
   カップと、
   前記壁の周囲の外側に延在している光抽出ブリッジであり、
   前記光抽出ブリッジは、第１反射部分および第２反射部分を含んでおり、
   前記第１反射部分は、前記ベースに対して略平行であり、
   前記第２反射部分は、前記第１反射部分から延び、かつ、前記ベースから離れて延在している、
   光抽出ブリッジと、
   前記カップの第２領域に取付けられた発光ダイオード(LED)ダイであり、
   該LEDダイから放射された光の一部が前記光抽出ブリッジを介して前記カップから出て行く、
   LEDダイと、
   を含む、発光デバイス。
2. 前記第１反射部分は、前記第２反射部分に対して略垂直である、
   請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記発光デバイスは、さらに、
   前記光抽出ブリッジを少なくとも部分的に充填する封止剤、を有する、
   請求項１に記載の発光デバイス。
4. 前記封止剤は、さらに、
   前記カップを少なくとも部分的に充填する、
   請求項１に記載の発光デバイス。
5. 前記封止剤は、透明であるか、または、蛍光物質混合物を含む、
   請求項１に記載の発光デバイス。
6. 前記第１反射部分および前記第２反射部分は、前記反射材料で被覆されている、
   請求項１に記載の発光デバイス。
7. 前記反射材料は、銀またはアルミニウムを含む、
   請求項６に記載の発光デバイス。
8. 発光デバイスであって、
   壁を有するカップであり、
   前記壁は、前記カップの第１領域から前記カップの第２領域まで延在しており、
   前記壁は、反射材料から形成されるか、または、反射材料で被覆されており、
   前記カップは、ベースを含む、
   カップと、
   前記壁の周囲の外側に延在している光抽出ブリッジであり、
   前記光抽出ブリッジは、前記壁および前記ベースから離れて延在する第１湾曲反射部分、および、前記第１湾曲反射部分および前記ベースから離れて延在する第２湾曲反射部分を含んでおり、
   前記第１湾曲反射部分は、前記壁と前記第２湾曲反射部分との間に延びている、
   光抽出ブリッジと、
   前記カップの第２領域に取付けられた発光ダイオード(LED)ダイであり、
   該LEDダイから放射された光の一部が前記光抽出ブリッジを介して前記カップから出て行く、
   LEDダイと、
   を含む、発光デバイス。
9. 前記発光デバイスは、さらに、
   前記光抽出ブリッジを少なくとも部分的に充填する封止剤、を含む、
   請求項８に記載の発光デバイス。
10. 前記封止剤は、さらに、
    前記カップを少なくとも部分的に充填する、
    請求項９に記載の発光デバイス。
11. 前記封止剤は、透明であるか、または、蛍光物質混合物を含む、
    請求項９に記載の発光デバイス。
12. 前記第１湾曲反射部分および前記第２湾曲反射部分は、前記反射材料で被覆されており、かつ、前記ベースから離れて前記光を反射するように構成されている、
    請求項８に記載の発光デバイス。
13. 前記反射材料は、銀またはアルミニウムを含む、
    請求項１２に記載の発光デバイス。
14. 前記壁は、前記ベースから離れて対向している前記LEDダイの表面を越えて延在する、
    請求項８に記載の発光デバイス。
15. 発光デバイスを操作する方法であって、
    カップ内の発光ダイオード(LED)によって光子を放射するステップであり、
    該カップは、前記カップの第１領域から前記カップの第２領域まで延在している壁を有し、
    前記放射された光子は、前記壁に被覆された反射材料に対して方向付けられる、
    ステップと、
    反射面からの光子を、前記カップの前記第１領域における前記壁の少なくとも一部の周囲を越えて延在している光抽出ブリッジの中へ反射するステップであり、
    前記光抽出ブリッジは、前記カップのベースに対して略平行な第１反射部分、および、前記第１反射部分から延び、かつ、前記ベースから離れて延在している第２反射部分を含む、
    ステップと、
    前記光抽出ブリッジの前記第１反射部分および前記第２反射部分からの光子を空気中に反射するステップと、
    を含む、方法。
16. 前記第１反射部分は、前記第２反射部分に対して略垂直である、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記方法は、さらに、
    前記光抽出ブリッジを少なくとも部分的に充填している封止剤を通じて前記光子を放射
    するステップ、を含む、
    請求項１５に記載の方法。
18. 前記封止剤は、さらに、
    前記カップを少なくとも部分的に充填する、
    請求項１７に記載の方法。
19. 前記封止剤は、透明であるか、または、蛍光物質混合物を含む、
    請求項１５に記載の方法。
20. 前記第１反射部分および前記第２反射部分は、前記反射材料で被覆されている、
    請求項１５に記載の方法。
    

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